Вихретокового преобразователя

Взаимосвязь напряженно-деформированного состояния металла с параметрами гармонических составляющих спектра вторичного электромагнитного поля. В работах [62, 66, 67] приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований взаимосвязи электрофизических параметров металлов - магнитной проницаемости, удельной электрической проводимости, коэрцитивной силы, остаточной намагниченности и др. с параметрам!: гармонических составляющих спектра сигнала накладных и проходных вихретоковых преобразователей. Как было показано выше, существует корреляция между электрофизическими и механическими параметрами металлов в напряженно-деформированном состоянии. Соответственно существуют корреляционные связи между параметрами гармонических состлвляющих сигнала вихретоковых преобразователей и изменениями струкгуры и механических свойств металлов в напряженно-деформированном < «стоянии. В этом плане важной задачей является выявление возможностей и условий прогнозирования пределов текучести и прочности изделий эез их разрушения по результатам измерений параметров гармонических составляющих спектра сигнала вихретокового преобразователя.

Для выявления поверхностных дефектов в электропроводящих ферромагнитных и неферромагнитных металлах применяются вихретоковые методы. Вихретоковые методы успешно применяются для выявления в оборудовании, изготовленном из нержавеющих сталей и биметаллов, зон, пораженных межкристаллитной коррозией. Одним из перспективных направлений широкого применения вихретоковых методов является контроль труб теплообменников с помощью внутренних проходных вихретоковых преобразователей [44].

Примерами совместного использования многоэлементных вихретоковых преобразователей и преобразователей магнитных полей в одном электромагнитном устройстве неразрушающего контроля являются электромагнитная система для контроля днищ резервуаров [81] и дефектоскопическая установка для контроля труб в потоке ВМД-ЗОН. Совместное применение двух видов преобразователей позволяет за один проход выявлять дефекты, расположенные как на наружной, так и на внутренней стороне контролируемой поверхности.

Ко второй группе относятся индукционные пассивные преобразователи и вихретоковые преобразователи без сердечника или с сердечником, предназначенным для концентрации магнитного поля. Магнитные параметры сердечника в рабочем диапазоне изменения магнитных полей считаются постоянными. Выходным сигналом пассивных индукционных преобразователей и трансформаторных вихретоковых преобразователей является ЭДС, наведенная в измерительной обмотке, а выходным сигналом параметрических вихретоковых преобразователей является внесенное комплексное сопротивление. С точки зрения теоретической электротехники наведенная в обмотке ЭДС и внесенное комплексное сопротивление эквивалентны.

проходными. Они позволяют контролировать геометрические и электрофизические параметры объектов сложной формы [41]. Обмотки накладных вихретоковых преобразователей могут быть выполнены в виде круговых коаксиальных витков (рисунок 3.3.4, а) или прямоугольных рамок (рисунок 3.3.4, б, в).

Комбингфовагтые вихретоковые преобразователи (рисунок 3.3.5) представляют собой комбинацию накладных 2 и проходных 1 вихретоковых преобразователей. К ним относятся также ВТП в виде линейно протяженных витков или рамок, которые можно назвать линейными [43].

поле в этой зоне подбором формы катушки и применением концентраторов. Различные конструкции вихретоковых преобразователей, позволяющие локализовать поле, приведены на рисунке 3.3.9.

Матричные вихретоковые преобразователи (МВТП) представляют собой схемы, образованные пересекающимися рядами проводов, в узлах которых располагаются элементарные преобразователи. В матрицах, построенных из импульсных вихретоковых преобразователей с сердечниками из материала с прямоугольной петлей гистерезиса, обладающих вентильными свойствами, отпадает необходимость в аналоговых коммутаторах в цепях измерительных обмоток элементов МВТП, обычно вносящих наибольшую погрешность в измерительный сигнал. Общая измерительная обмотка преобразователя пронизывает сердечники всех элементов и подключается непосредственно к входу усилителя (рисунок 3.3.22). Поочередный опрос элементов матрицы производится совпадающими во времени токовыми импульсами, каждый из которых не может заметно изменить магнитное состояние сердечника, а их суммарное поле превосходит его коэрцитивную силу [63].

Рисунок 3.3.24 - Ориентация вихретоковых преобразователей в строчном многоэлементном преобразователе

Рисунок 5.5.2 - Схема установки для измерения магнитных, электрических и геометрических параметров цилиндрических и плоских образцов с помощью проходных вихретоковых преобразователей: Г - генератор синусоидальных сигналов; Ч - частотомер; А - амперметр; РЭМП и ОЭМП - рабочий и опорный преобразователи; В - вольтметр; Ф -фазометр

Взаимосвязь напряженно-деформированного состояния металла с параметрами гармонических составляющих спектра вторичного электромагнитного поля. В работах [62, 66, 67] приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований взаимосвязи электрофизических параметров металлов - магнитной проницаемости, удельной электрической проводимости, коэрцитивной силы, остаточной намагниченности и др, с параметрами гармонических составляющих спектра сигнала накладных и проходных вихретоковых преобразователей. Как было показано выше, существует корреляция между электрофизическими и механическими параметрами металлов в напряженно-деформированном состоянии. Соответственно существуют корреляционные связи между параметрами гармонических составляющих сигнала вихретоковых преобразователей и изменениями структуры и механических свойств металлов в напряженно-деформированном состоянии. В этом плане важной задачей является выявление возможностей и условий прогнозирования пределов текучести и прочности изделий без их разрушения по результатам измерений параметров гармонических составляющих спектра сигнала вихретокового преобразователя.

где R - радиус возбуждающей катушки вихретокового преобразователя;

где R- радиус возбуждающей катушки вихретокового преобразователя, со- круговая частота тока возбуждения.

Взаимосвязь напряженно-деформированного состояния металла с параметрами гармонических составляющих спектра вторичного электромагнитного поля. В работах [62, 66, 67] приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований взаимосвязи электрофизических параметров металлов - магнитной проницаемости, удельной электрической проводимости, коэрцитивной силы, остаточной намагниченности и др. с параметрам!: гармонических составляющих спектра сигнала накладных и проходных вихретоковых преобразователей. Как было показано выше, существует корреляция между электрофизическими и механическими параметрами металлов в напряженно-деформированном состоянии. Соответственно существуют корреляционные связи между параметрами гармонических состлвляющих сигнала вихретоковых преобразователей и изменениями струкгуры и механических свойств металлов в напряженно-деформированном < «стоянии. В этом плане важной задачей является выявление возможностей и условий прогнозирования пределов текучести и прочности изделий эез их разрушения по результатам измерений параметров гармонических составляющих спектра сигнала вихретокового преобразователя.

Взаимодействие вихретокового преобразователя с объектом контроля определяется уравнениями Максвелла [21, 43]:

На рисунке 3.2.6 показано влияние параметров кругового цилиндра и однослойной трубы на вносимое относительное напряжение наружного проходного вихретокового преобразователя с однородным полем. Жирной линией показан годограф UVB*(J?) для сплошного цилиндра (cti2 = 0) при г\ = 1, а штрих пунктирной - годограф U^^) для трубы Т* -> 0 (а\г -> 0)

В зависимости от вида неразрушаюшего контроля, в котором они используются, электромагнитные преобразователи традиционно делятся на магнитные и вихретоковые преобразователи. Причем некоторые преобразователи могут использоваться в обоих видах ПК без всяких конструктивных изменений или в составе более сложных преобразователей. Например, одна и та же катушка индуктивности может быть использована в качестве пассивного индукционного преобразователя в магнитных устройствах НК и в качестве параметрического вихретокового преобразователя в вихрето-ковых устройствах. Датчики Холла могут применяться и для измерения

постоянного магнитного поля,и для измерения переменного магнитного поля вместо измерительной обмотки вихретокового преобразователя. Первичные преобразователи, которые применяются в электромагнитных средствах неразрушающего контроля, объединяет то, что их работа основана на фиксации изменений параметров магнитной составляющей электромагнитного поля, возникших в результате взаимодействия с объектом контроля. Изменение параметров магнитного поля преобразуется в изменение параметров выходного электрического сигнала. Фиксация изменения параметров магнитного поля может осуществляться в преобразователях четырьмя способами:

Трансформаторные преобразователи имеют отдельные возбуждающие и измерительные обмотки, выходным сигналом вихретокового преобразователя служит напряжение измерительной обмотки. Они обладают более высокой температурной стабильностью, чем параметрические. Включают трансформаторные вихретоковые преобразователи обычно по дифференциальной схеме [42].

Рисунок 3.5.4 - Топография распределения амплитуд гармонических составляющих сигнала накладного вихретокового преобразователя при сканировании поверхности нагруженного плоского образца с концентратором напряжения в виде бокового пропила: а - амплитуда 1--й гармоники; в- 2- и гармоники; б - 3- и гармоники; г - 5- я гармоники

Взаимосвязь между магнитной проницаемостью ju^ удельной электрической проводимостью у и параметрами сигнала на выходе проходного вихретокового преобразователя можно установить по известным из курса теоретических основ электротехники формулам. Воспользовавшись выражением, описывающим проникновение плоской синусоидальной электромагнитной волны в ферромагнитную среду, можно записать выражение для составляющей магнитной индукции В, совпадающей по направлению с продольной осью образца z [29, 45]:

Параметры вихретокового преобразователя - число витков, марка и диаметр провода измерительной и возбуждающей обмоток - при испытании образцов из конкретных металлов определяются расчетным путем в соответствии с методикой, изложенной в [43J.